状态转移图与步进梯形指令详解

基本逻辑指令和梯形图主要用于设计满足一般控制要求的PLC程序。对于复杂控制系统来说，系统的I／O点数较多，工艺复杂，每个工序的自锁要求及工序与工序间的相互联锁关系也复杂，直接采用逻辑指令和梯形图进行设计较为困难。在实际控制系统中，可将生产过程的控制要求以工序划分成若干段，每个工序完成一定的功能，在满足转移条件后，从当前工序转移到下道工序，这种控制通常称为顺序控制。为了方便地进行顺序控制设计，许多可编程序控制器设置有专门用于顺序控制或称为步进控制的指令，FX2N PLC在基本逻辑指令之外增加了两条步进指令，同时辅之以大量的状态器S，结合状态转移图可以很容易地编出复杂的顺序控制程序。

1.状态转移图

状态转移图（Sequential Function Chart，SFC）是描述控制系统的控制过程、功能和特性的一种图形，是基于状态（工序）的流程以机械控制的流程来表示。状态转移图又称做功能表图或顺序功能图，功能表图并不涉及所描述的控制功能的具体技术，它是一种通用的技术语言，可以用于进一步设计和不同专业的人员之间进行技术交流。

各个PLC厂家都开发了相应的功能表图，各国家也都制定了功能表图的国家标准。我国于1986年颁布了功能表图的国家标准（GB6988.6—1986《电气制图 功能表图》）^[1]。

一个顺序控制过程可分为若干个阶段，也称为步（或状态），每个状态都有不同的动作。当相邻两状态之间的转换条件得到满足时，就将实现转换，即由上一个状态转换到下一个状态执行。常用状态转移图（功能表图）描述这种顺序控制过程。如图4-74所示，用状态器S记录每个状态，X为转换条件。如当X1为ON时，则系统由S20状态转为S21状态。

图4-74 状态转移图与步进指令

状态转移图中的每一步包含三个内容：本步驱动的内容、转移条件及指令的转换目标。如图4-74中S20步驱动Y0，当X1有效为ON时，则系统由S20状态转为S21状态，X1即为转换条件，转换的目标为S21步。

状态器S是对工序步进控制进行编程的重要软元件，FX2N系列PLC共有状态器S0～S999，其中S0～S9为初始状态，因此在并行分支中最多可以有10个初始状态被同时选中。S10～S499为普通型，S500～S899为断电保持型，S900～S999为信号报警型。S10～S19在功能指令（FNC60）IST的使用中被用作回零状态器。

2.步进指令（STL／RET）

步进指令是专为顺序控制而设计的指令。在工业控制领域，许多控制过程都可用顺序控制的方式来实现，使用步进指令实现顺序控制既方便实现又便于阅读修改。

（1）步进指令的定义与应用对象

FX2N中有两条步进指令：STL（步进触点指令）和RET（步进返回指令），其定义及应用对象如表4-18所示。

表4-18 步进指令的定义与应用对象

STL和RET指令只有与状态器S配合才能具有步进功能。如STL S200表示状态常开触点，称为STL触点，它在梯形图中的符号为，它没有常闭触点。我们用每个状态器S记录一个工步，如STL S200有效（为ON），则进入S200表示的一步（类似于本步的总开关），开始执行本阶段该做的工作，并判断进入下一步的条件是否满足。一旦结束本步信号为ON，则关断S200进入下一步，如S201步。RET指令是用来复位STL指令的。执行RET后将重回母线，退出步进状态。

（2）指令功能及说明

1）主控功能。STL指令仅仅对状态器S有效。STL指令将状态器S的触点与主母线相连并提供主控功能。使用STL指令后，触点的右侧起点处要使用LD（LDI）指令，步进返回指令RET使LD点返回主母线。

2）自动复位功能。即状态转移后原状态会自动复位。当使用STL指令时，新的状态器S被置位，前一个状态器S将自动复位。对于STL指令后的状态器S，使用OUT指令和SET指令具有同样的功能，即都能使转移源自动复位，另外还具有停电自保持功能，两者的差别是OUT指令在状态转移图中只用于向分离的状态转移，而不是向相邻的状态转移。状态转移源自动复位需将状态转移电路设置在STL回路中，否则原状态不会自动复位。

3）驱动功能。STL触点可直接驱动或通过其他触点来驱动软元件线圈负载。

4）步进返回指令RET功能。如前所述，使用STL指令后，与其相连的LD（LDI）回路块被右移，当需要把LD（LDI）触点返回到主母线上，要用RET指令。这里必须注意，STL指令与RET指令并不需要成对使用，但当全部STL电路结束时，一定要写入RET指令。

3.步进梯形图指令编程基本方法

应用步进指令或状态转移图编程时，需注意指令的正确应用，注意指令的功能及程序执行中的差异。以下给出一些常见的编程方法：

1）输出的驱动方法：如图4-75所示，从状态内的母线，一旦写入LD或LDI指令后，对不需要触点的指令就不能再编程。需要按图示方法改变这样的回路。

2）MPS／MRD／MPP指令的位置：在状态内，不能直接从STL内母线中直接使用MPS／MRD／MPP指令（见图4-76），而应在LD或LDI指令后编制程序。

3）状态的转移方法：OUT指令与SET指令对于STL指令后的状态器（S）具有同样的功能，都将自动复位转移源（见图4-77），此外还有自保持功能。但是使用OUT指令时，在STL图中用于向分离的状态转移。

图4-75 输出的驱动方法

a）错误的驱动方法 b）正确的驱动方法 c）正确的驱动方法

图4-76 MPS／MRD／MPP指令的位置

图4-77 状态的转移方法

4）转移条件回路中不能使用的指令：在转移条件回路中，不能使用ANB、ORB、MPS、MRD、MPP指令（见图4-78）。(www.xing528.com)

图4-78 转移条件回路指令的应用

5）符号与的应用场合：在流程中表示状态的复位处理时，用符号表示；而符号则表示向上面的状态转移重复或向下面的状态转移（跳转），或者向分离的其他流程上的状态转移，如图4-79所示。

6）状态复位：在选定的区间内的状态同时复位，如图4-80所示。

7）禁止输出的操作：禁止运行状态中的输出（见图4-81）。

8）断开输出继电器（Y）的操作：将PLC中的所有输出继电器（Y）断开（见图4-82）。

图4-79 符号与的应用

图4-80 S0～S50的51点状态器的同时复位

图4-81 禁止运行状态中的输出图

图4-82 断开输出继电器

9）SFC需采用的特殊辅助继电器和逻辑指令：为了有效地编写SFC图，需要采用表4-19所示的数种特殊辅助继电器。

表4-19 SFC需采用的特殊辅助继电器和逻辑指令

10）停电保持用状态器：用电池保持其动作状态。在机械动作中途发生停电之后，再次通电时从这里继续运行并使用这些状态。

11）利用同一种信号的状态转移：有的情况下要通过一个按钮的接通／断开动作等进行状态转移。进行这种状态转移时，需要将转移信号脉冲化编程。转移条件的脉冲化有以下两种方法：

第一，在M0接通S50之后（见图4-83），转移条件M1（B触点）即刻开路，在S50接通的同时，不向S51转移。当在M0再次接通时，状态向S51转移。

第二，图4-84中，构成转移条件的限位开关X030在每次动作之后都可使工序进行一次转移。这种场合，将转移条件脉冲化，如图4-85所示。S30首次导通动作，即使此时X030动作，M101动作，但通过自锁脉冲M100使状态不向S31产生转移，当X030再次动作时，则M100不动作，而M101动作，状态从S30转到S31。

图4-83 利用同一种信号的状态转移

图4-84 限位开关构成的转移条件

图4-85 转移条件脉冲化

12）上升沿／下降沿检测触点使用时的注意事项：在状态内使用LDP、LDF、ANDP、ANDF、ORP、ORF的上升沿／下降沿检测触点时，状态器触点断开时变化的触点只有在状态器触点再次接通时才能被检出。如图4-86a所示，X014下降，此时因S3断开，X014的下降沿无法检出；S3再次接通时，X014则被检出。因此，S3第二次动作时，立即向S70转移。

在状态器触点断开的情况下，对上升沿／下降沿进行检测时，应按图4-86b所示修改程序。

图4-86 上升沿／下降沿检测触点使用时的编程

a）修改程序前的程序 b）修改程序后的程序

[1]该标准目前已被替换为GB／T 21654—2008《顺序功能表图用GRAFCET规范语言》。